CN103443478A - 液压作业机械的液压*** - Google Patents

Abstract

本发明提供将对于促动器的速度控制的响应性恶化的影响抑制为最小限度，并能够确保利用了滑阀式流量控制阀的良好的操作性的液压作业机械的液压***。本发明在从旋转动力生成单元（11）向液压泵（12）投入旋转动力而生成液压动力，通过该液压动力而使促动器（14）动作的液压挖掘机的液压***中，将来自促动器（14）的工作油排出油路（20）分支为作为与由杆操作控制的流量控制阀（19）的滑阀连接的油路的流量控制油路（21）和作为与将排出工作油的液压动力转换为能够再利用的能量的可变容量马达（23）连接的油路的动力再生油路（22），并且设置再生比率控制单元，该再生比率控制单元以动力再生油路（22）的流量相对于通过杆操作在流量控制油路（21）产生的流量成为预先设定的固定比率（α）的方式控制可变容量马达（23）。

Description

液压作业机械的液压***

技术领域

本发明涉及设置于液压挖掘机等液压作业机械且具有将液压回路中的多余能量再生为动力的功能的液压作业机械的液压***。

背景技术

为了提高液压作业机械的液压***的效率而使用动力再生技术。

关于这样的液压作业机械的液压***，使用专利文献1所公开的液压挖掘机的例进行说明。

专利文献1中，采用将由电动机驱动的两个液压泵马达分别连接于双动式液压缸的两个端口的构成。双动式液压缸是单侧杆（rod）式，伸长侧和缩短侧的活塞受压面积差不同，所以两个液压泵马达的容量与活塞受压面积成比例。另外，液压缸的速度以及方向的控制是基于操作杆的操作量，控制器通过对驱动液压泵马达的电动机的旋转速度和旋转方向来进行的。并且，在连接液压缸的底部侧和液压泵马达的油路之间，并列设置有通过由控制器控制的滑阀式的流量控制阀的油路。而且，在操作杆的操作量比规定值小的微操作区域的情况下，以从液压缸排出的工作油通过该流量控制阀的方式进行控制，在操作杆的操作量超过上述规定值的情况下，以从液压缸排出的工作油不通过流量控制阀，而直接流入液压泵马达的方式进行控制。通过这样构成，在微操作区域中利用流量控制阀来确保液压缸的良好的速度控制性，在超过微操作区域的情况下，直接与液压泵马达连接从而确保良好的动力再生效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2002－349505号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述的专利文献1所示的现有技术中，超过微操作区域的情况下，仅以液压泵马达的转速控制来控制液压缸的速度，所以能够确保良好的再生效率，但存在难以确保对于杆操作的响应性这样的课题。

本发明是鉴于上述现有技术的实际情况而完成的，其目的在于，提供将对于促动器的速度控制的响应性恶化的影响抑制为最小限度，能够确保利用了滑阀式流量控制阀的良好的操作性的液压作业机械的液压***。

用于解决课题的方法

为了实现该目的，本发明是从旋转动力生成单元向液压泵投入旋转动力而生成液压动力，通过该液压动力而使促动器动作的液压作业机械的液压***，其特征在于，将来自上述促动器的工作油排出油路分支为作为与由杆操作控制的流量控制滑阀连接的油路的流量控制油路、和作为与将排出工作油的液压动力转换为能够再利用的能量的动力再生单元连接的油路的动力再生油路，并且设置再生比率控制单元，该再生比率控制单元以上述动力再生油路的流量相对于通过杆操作而在上述流量控制油路产生的流量成为预先设定的固定比率的方式控制上述动力再生单元。

这样构成的本发明，通过将流量控制油路和动力再生油路的流量设为固定比率，从而在促动器动作时必然在流量控制油路产生流量。因此，通过杆操作调整流量控制阀来使流量控制油路的流量变化变化的情况下，其流量的变化必然影响促动器的速度，所以滑阀式流量控制阀的响应性反映良好。并且，流量控制油路和动力再生油路的流量比始终为恒定，所以促动器的速度变化量相对于通过杆操作的流量控制油路的流量变化量始终恒定，相对于杆操作量的促动器的速度变化量恒定，能够得到良好的操作性。

而且本发明其特征在于，在上述发明中，上述动力再生单元为可变容量马达，上述再生比率控制单元具备控制器和马达容量控制单元，上述控制器根据通过上述操作杆而生成的操作先导压、来自上述促动器的上述工作油排出油路的压力以及上述可变容量马达的旋转速度，计算上述流量控制油路和上述动力再生油路的流量成为固定比率的上述可变容量马达的目标容量，上述马达容量控制单元根据来自该控制器的电指令来控制上述可变容量马达的容量。

这样构成的本发明，根据通过杆操作而产生的先导压和来自促动器的工作油排出油路的压力推定流量控制油路的流量，将在其上乘以规定比率的流量作为目标对动力再生油路的流量进行前馈控制，所以能够进一步提高动力再生油路的流量控制的响应性。

而且本发明其特征在于，在上述发明中，上述动力再生单元为可变容量马达，上述再生比率控制单元具备设置于上述流量控制油路的第1压力检测单元、设置于上述动力再生油路的第2压力检测单元、以及马达容量控制单元，上述马达容量控制单元在上述第1压力检测单元的压力比上述第2压力检测单元的压力大的情况下减小上述可变容量马达的容量，在上述第1压力检测单元的压力比上述第2压力检测单元的压力小的情况下增大上述可变容量马达的容量，并且在上述第1压力检测单元和上述第2压力检测单元的压力相同的情况下固定上述可变容量马达的容量。

这样构成的本发明，只使用检测比较容易的压力信息进行动力再生油路的流量控制，所以能够构成为简单的***结构。

而且本发明其特征在于，在上述发明中，上述第1压力检测单元由从上述流量控制油路分支的第1压力检测油路构成，上述第2压力检测单元由从上述动力再生油路分支的第2压力检测油路构成，马达容量控制单元具备马达容量控制滑阀和马达容量控制缸，在设置于上述马达容量控制滑阀两端的具有相同的面积的受压部，使上述第1压力检测油路和上述第2压力检测油路对置连接，从而根据上述第1压力检测油路和上述第2压力检测油路的压力关系而上述马达容量控制滑阀进行移动，并且，通过上述马达容量控制滑阀移动，来切换对上述马达容量控制缸的液压油的供给排出，控制上述可变容量马达的容量。

这样构成的本发明，只用液压设备就能够进行动力再生油路的流量控制，所以在电波噪声多的环境下，与使用电子控制的情况相比能够实现稳定的控制。

而且本发明其特征在于，在上述发明中，上述动力再生单元为可变容量马达，

上述再生比率控制单元具备设置于上述流量控制油路的第1压力检测单元、设置于上述动力再生油路的第2压力检测单元、设置于上述工作油排出油路的第3压力检测单元、以及马达容量控制单元，该马达容量控制单元在将从上述第3压力检测单元的压力减去上述第2压力检测单元的压力而得到的差压除以从上述第3压力检测单元的压力减去上述第1压力检测单元的压力而得到的差压的值比预先设定的固定比率大的情况下减小上述可变容量马达的容量，在将从上述第3压力检测单元的压力减去上述第2压力检测单元的压力而得到的差压除以从上述第3压力检测单元的压力减去上述第1压力检测单元的压力而得到的差压的值比预先设定的上述固定比率小的情况下增大上述可变容量马达的容量，并且在将从上述第3压力检测单元的压力减去上述第2压力检测单元的压力而得到的差压除以从上述第3压力检测单元的压力减去上述第1压力检测单元的压力而得到的差压的值与预先设定的上述固定比率相同的情况下固定上述可变容量马达的容量。

这样构成的本发明，不依赖于流量控制油路和动力再生油路的分支部和第2压力检测单元的分支部之间的管路阻力的大小，而能够将流量控制油路和动力再生油路的流量比设定为任意的固定比率，所以能够提高***构成的自由度。

而且本发明其特征在于，在上述发明中，上述第1压力检测单元由从上述流量控制油路分支的第1压力检测油路构成，上述第2压力检测单元由从上述动力再生油路分支的第2压力检测油路构成，上述第3压力检测单元由从上述工作油排出油路分支的第3压力检测油路构成，上述马达容量控制单元具备马达容量控制滑阀和马达容量控制缸，在上述马达容量控制滑阀两端相互对置地设置受压面积A和受压面积B的两组受压部，在对置面积A的受压部连接上述第1压力检测油路和上述第3压力检测油路，在面积B的受压部连接上述第2压力检测油路和上述第3压力检测油路，以与上述第3压力检测油路的上述面积A连接的部分相对于与上述第3压力检测油路的上述面积B连接的部分成为相反的一侧的方式进行连接，从而根据上述第1压力检测油路和上述第3压力检测油路的差压以及上述第2压力检测油路和上述第3压力检测油路的差压的大小关系，上述马达容量控制滑阀进行移动，并且，通过上述马达容量控制滑阀移动，来切换对上述马达容量控制缸的液压油的供给排出，控制上述可变容量马达的容量。

这样构成的本发明，只用液压机器，不依赖于流量控制油路和动力再生油路的分支部和第2压力检测单元的分支部之间的管路阻力的大小，而能够将流量控制油路和动力再生油路的流量比设定为任意的固定比率，所以在电波噪声多的环境中，与使用电子控制的情况相比能够实现稳定的控制。

而且本发明其特征在于，在上述发明中，将上述动力再生单元与上述液压泵机械连接。

这样构成的本发明能够将在动力再生单元回收的液压动力用液压泵再生为液压动力，所以与经由电气等其他的种类的动力进行再生的情况相比，能够将动力的损失抑制为最小限度，能够得到更高能量再生效率。

发明的效果

本发明中，通过将流量控制油路和动力再生油路的流量设为固定比率，在促动器动作时在流量控制油路必然产生流量。因此，通过杆操作调整流量控制阀而使流量控制油路的流量变化改变的情况下，该流量的变化必然影响促动器的速度，所以根据本发明滑阀式流量控制阀的响应性反映良好。并且本发明中，流量控制油路和动力再生油路的流量比始终为恒定，所以相对于通过杆操作的流量控制油路的流量变化量，促动器的速度变化量始终为恒定，相对于杆操作量的促动器的速度变化量恒定，能够得到良好的操作性。即，本发明将对于促动器的速度控制的响应性恶化的影响抑制为最小限度，能够确保利用了滑阀式流量控制阀的良好的操作性，能够得到比以往精度高的作业性。

附图说明

图1是表示作为具备本发明的液压***的液压作业机械的一个例子而举出的液压挖掘机的侧视图。

图2是表示图1所示的液压挖掘机所具备的本发明的液压***的第1实施方式的液压回路图。

图3是用于第1实施方式的动作的补充说明的流程图，（a）图是表示主处理的流程图，（b）图是表示包含于主处理的处理A的流程图。

图4是表示本发明的第2实施方式的液压回路图。

图5是用于第2实施方式的动作的补充说明的图，（a）图是将流量控制阀部分放大而表示的图，（b）图是包含于控制器的流量控制阀的滑阀的开口面积线型图，（c）图是表示说明中使用的式子的图。

图6是表示本发明的第3实施方式的液压回路图。

图7是用于第3实施方式的动作的补充说明的图。

图8是表示本发明的第4实施方式的液压回路图。

图9是表示本发明的第5实施方式的液压回路图。

图10是表示本发明的第6实施方式的液压回路图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明的液压作业机械的液压***的实施方式进行说明。

图1是表示作为具备本发明的液压***的液压作业机械的一个例子而举出的液压挖掘机的侧视图。

如该图1所示，液压挖掘机具备行驶体1、配置于该行驶体1上的旋转体2、以及可转动地安装于该旋转体2的作业装置3。作业装置3包含以在上下方向上能够转动的方式与旋转体2连接的悬臂4、以在上下方向上能够转动的方式连接于该悬臂4的前端的悬臂5、以在上下方向上能够转动的方式连接于该悬臂5的前端的铲斗6。另外，该作业装置3包含使起重臂4工作的起重臂缸4a、使悬臂5工作的悬臂缸5a、使铲斗6工作的铲斗缸6a。在旋转体2上设置有驾驶室7，在驾驶室7的后方设置有收纳液压泵等的机械室8。

图2是表示图1所示的液压挖掘机所具备的本发明的液压***的第1实施方式的液压回路图。

该图2所示的旋转动力生成单元11是将电动机、发动机等的电能、矿物燃料的能量转换为旋转动力的装置，旋转动力生成单元11的输出轴与液压泵12、先导泵13的输入轴机械连接，由旋转动力生成单元11驱动液压泵12及先导泵13。此外，旋转动力生成单元11进行使输出轴的旋转速度几乎保持为恒定的控制。

液压泵12是生成驱动后述的促动器14的液压动力的装置，能够调整每1次旋转排出的工作油的流量，所以即使输入轴的转速恒定，也能够使工作油的排出流量变化。液压泵12的容量根据后述的杆15的操作量（后述的先导阀16中产生的先导压）、液压泵12的排出压、旋转动力生成单元11的负荷充裕率等，由未图示的调节器进行控制。

先导泵13是生成用于后述的液压设备的控制的先导压的装置，每1次旋转排出的工作油的流量为固定。先导泵13排出的工作油经由先导安全阀17返回工作油箱18，先导回路的压力被保持于先导安全阀17的设定压力。

促动器14例如是前述的起重臂缸4a，即双动单杆式的液压缸，与动力源的液压泵12经由流量控制阀19连接。流量控制阀19是三位四通的液压先导切换阀，通过由先导阀16进行调整的先导压来动作。通过杆15而将先导阀16向A侧操作时，本图中的流量控制阀19的右侧成为高压，流量控制阀19的滑阀向左侧移动。于是，液压泵12与促动器14的A口连接，促动器14进行收缩动作，从促动器14的B口排出的工作油通过工作油排出油路20，分支到流量控制油路21和动力再生油路22，流量控制油路21的工作油通过流量控制阀19而返回工作油箱18，动力再生油路22的工作油通过后述的动作再生单元例如可变容量马达23而返回工作油箱18。此外，促动器14进行收缩动作时（将先导阀16操作到A侧时），设置于动力再生油路22的切换阀24成为开位置，从促动器14的B口排出的工作油的一部分能够通过可变容量马达23。相反，将先导阀16操作到B侧时，该图2中的流量控制阀19的左侧成为高压，流量控制阀19的滑阀向右侧移动。于是，液压泵12和促动器14的B口连接，促动器14进行伸长动作，从促动器14的A口排出的工作油通过流量控制阀19返回到工作油箱18。此外，在促动器14进行伸长动作时（将先导阀16操作到B侧时），设置于动力再生油路22的切换阀24处于闭位置，从液压泵12供给来的工作油不会流入可变容量马达23，全量供给至促动器14。

可变容量马达23的输出轴与液压泵12（旋转动力生成单元11和先导泵13也相同）机械连接。可变容量马达23能够使每1次旋转的工作油吸入流量变化，所以即使输出轴的转速恒定，也能够使吸入流量变化。而且，可变容量马达23的容量由接收来自后述的控制器25的目标容量指令而动作的马达容量控制单元，例如电子控制调节器26进行调整。此外，可变容量马达23和液压泵12机械连接，所以可变容量马达23也总是在旋转。因此，在液压油流入可变容量马达23的输入口的情况下进行马达作用，产生液压泵12的驱动扭矩，来辅助旋转动力生成单元11，但没有足够的工作油的流入的情况下，从补充油路29吸入工作油而起到泵作用，所以相反地吸收（损失）扭矩。该第1实施方式中，为了将该情况下的损失抑制为最低限度，可变容量马达23由最小容量为零（即使马达旋转也不进行工作油的吸入、排出）的可变容量马达构成。

该第1实施方式所具备的再生比率控制单元以动力再生油路22的流量相对于因该第1实施方式所具备的杆15的操作而在流量控制油路21产生的流量成为预先设定的固定比率的方式对动力再生单元即可变容量马达23进行控制，该再生比率控制单元由分别设置在流量控制油路21和动力再生油路22的流量计27、流量计28、控制器25、电子控制调节器26构成。利用流量计27、流量计28，能够将分别通过流量控制油路21和动力再生油路22的油路的工作油的流量作为电信号检测出来。此外，对于流量计27，由于流量控制油路21的工作油的流动为双向，所以只有从促动器14排出的工作油的情况下通过流量计27。而且，流量计27、流量计28的输出与控制器25连接。

控制器25中，将流量计27的电信号换算为流量控制油路21的流量Q1，乘以预先设定的流量控制油路21与动力再生油路22的流量比α，计算出动力再生油路22的目标流量Qt2（＝αQ1）。比较这样计算出的动力再生油路22的目标流量Qt2和将流量计28的电信号换算而得到的动力再生油路22的实际流量Q2，若Q2＞Qt2＋β，则以可变容量马达23的容量变小的方式向电子控制调节器26输出指令，若Q2＜Qt2－β，则以容量变大的方式向电子控制调节器26输出指令，若Qt2－β≤Q2≤Qt2＋β则以保持该时刻的容量的方式向电子控制调节器26输出指令。另外，也在Q1＜γ的情况下，加入强制性地设为最小容量的控制。其中，β意着为了使控制稳定的死区，γ意味着使动力再生有效的Q1的最小流量。β的值为Q2最大流量的百分之几左右，γ的值是Q1最大流量的百分之几左右，不管哪个都是设想相对于设置的流量计的测定误差而能够充分防止误动作的范围而决定的。

第1实施方式的构成和动作的概要如上述，对使促动器14进行收缩的情况（进行动力再生的情况）的一系列的动作中的过渡的状态进行补充说明。

首先，在杆15没有***作的状态下，从先导阀16作用于流量控制阀19、动力再生油路22的切换阀24的先导压为箱压（几乎为零）。该状态下，流量控制阀19因位于滑阀两端的弹簧力而位于中央位置，促动器14静止，所以流量计27的检测流量Q1为零。另外，切换阀24因弹簧力而位于关闭油路的位置，所以流量计28的检测流量Q2也为零。此时，控制器25中作出Q1＜γ的判定，对于电子控制调节器26输出使可变容量马达23的目标容量设为最小容量的指令，可变容量马达23的容量为零。

接下来，如图3（a）图的步骤S1所示，对应于模式（响应性优先，动力再生效率优先）的α的值由控制器25设定，如步骤S2所示，若从杆15未***作的状态将先导阀16向A侧操作，则操作之后，流量控制阀19的滑阀开始向左移动，连接液压泵12和促动器14的A口的油路和连接工作油箱18和促动器14的B口的油路开始打开。另外，在动力再生油路22的切换阀24也作用先导压而按压弹簧，油路开始打开。此时，在流量控制油路21慢慢开始产生流量，开始步骤S3的处理A。该处理A中，在控制器25中如该图2（b）图的步骤S11所示，根据来自流量计27、28的电信号而运算出流量Q1、Q2，并且如步骤S12所示，运算Qt2＝Q1。在步骤S13的判定中，在0＜Q1＜γ的范围的某一值的状态下，可变容量马达23还处于容量为零的控制状态，保持Q2＝0。并且，时间经过而成为≥γ的时刻，依然为Q2＝0，所以步骤S14的判定Q2＜Qt2－β判定为“是”，控制器25内的可变容量马达23的目标容量的值开始增加。而且，若进一步经过时间，则从控制器25向电子控制调节器26输出的目标容量指令值也适度地变大，产生对应于可变容量马达23的容量的Q2。若该状态持续，则早晚步骤S15的判定Qt2－β≤Q2≤Qt2＋β成为“是”，保持该时刻的可变容量马达23的容量。这样，相对于流量控制油路21的流量Q1，动力再生油路22的流量Q2被调整为预先设定的固定比率（Q2≈Qt2＝αQ1）。

接下来，对从先导阀16***作至A侧，动力再生油路22的流量Q2被调整为预先设定的固定比率的状态，送回杆15的情况进行说明。若开始送回杆15，则流量控制阀19的滑阀开始向右移动，连接液压泵12和促动器14的A口的油路和连接工作油箱18和促动器14的B口的油路开始关闭。此时，流量控制油路21的流量Q1开始慢慢减少。而且，若随时间经过而成为图3（b）图的步骤S15的判定为“否”的状态，即Q2＞Qt2＋β的状态，则控制器25内的可变容量马达23的目标容量的值开始减少，随此可变容量马达23的容量也变小，动力再生油路22的流量Q2被重新调整为预先设定的固定比率（Q2≈Qt2＝αQ1）。如图3（a）图所示，若作业结束则可变容量马达23的控制结束。

然而，在缓慢地进行送回杆15的操作的情况下，动力再生油路22的流量Q2保持预先设定的固定比率（Q2≈Qt2＝αQ1）并减少，但将杆15快速送回的情况下，发生动力再生油路22的流量减少的再调整赶不上流量控制油路21的流量减少的状况。这样的状况下，若杆15返回中立（无操作）状态，则动力再生油路22的切换阀24也向关闭油路的位置移动，动力再生油路22的工作油的流动被强制性地切断。在该瞬间，可变容量马达23具有不是零的某一容量，所以从图1所示的补充油路29吸入工作油，防止供给至吸入口的流量不足而引起的气穴，抑制因可变容量马达23的泵作用而导致的吸收扭矩（动力损失）的增大，将可变容量马达23的损坏抑制为最小限度。另外，流量控制阀19、切换阀24都被关闭，从而成为Q1＝Q2＝0，所以控制器中作出Q1＜γ的判定，对于电子控制调节器26输出使可变容量马达23的目标容量为最小容量的指令，最终可变容量马达23的容量返回到零。这样，在进行快速的杆送回操作的情况下，不管可变容量马达23的容量状态如何，能够使促动器14紧急停止，所以能够防止紧急时促动器14的停止不及时而带来的危险。

上述的第1实施方式中，在促动器14动作时始终在流量控制阀19产生流量，所以针对杆操作量的变化而产生的流量控制阀19的流量调整作用必然反映到促动器14的工作速度。当然，由于包含有与流量控制阀19相比响应性差的可变容量马达23的流量控制，所以本实施方式的针对杆操作的响应性与供给排出至促动器14的工作油的全流量都在流量控制阀19中流动的以往一般的液压作业机械的液压***相比较差。然而，以根据可变容量马达23的流量控制的响应性将响应性的劣化程度收敛为不会产生问题的程度的方式，设定流量控制油路21和动力再生油路22的流量比率，从而能够确保实用性。另外，以设定于控制器25的常量α来决定流量控制油路21和动力再生油路22的流量比率，所以如果设置模式切换单元等而从外部切换常量α，则能够切换重视响应性的模式和重视动力再生效率的模式来运转。

接下来，基于图4、5，对本发明的第2实施方式进行说明。其中，省略与第1实施方式共用的部分，仅对有差异的再生比率控制单元的一部分进行说明。

该第2实施方式的再生比率控制单元由设置于图4所示的工作油排出油路20的压力计30、设置于进行使促动器14收缩的动作时（先导阀16***作至A侧时）压力上升的先导线路35的压力计31、控制器25以及电子控制调节器26构成。压力计30以及压力计31分别将工作油排出油路20和先导线路35的压力作为电信号检测出来，压力计30、压力计31的输出给予控制器25，分别被换算为促动器排出压力Pa、先导压力Pp。另外，在控制器25除了来自压力计30、31的电信号之外，还输入与旋转动力生成单元11的旋转同步的电信号，在控制器25内根据该电信号计算出旋转动力生成单元11的单位时间的转速。该第2实施方式的情况下，旋转动力生成单元11和动力再生单元即可变容量马达23的旋转速度相同。并且，在控制器25中，记录促动器14的收缩时从促动器14的B口排出的工作油返回工作油箱18时通过的流量控制阀19的滑阀的开口面积线型图。

控制器25在先导压Pp为Pp＜δ的情况下，向可变容量马达23输出使容量最小的指令。δ被设定为先导压Pp的全量程的百分之几左右，是不会因先导压Pp自身的微小的变动或者压力计的电噪声，而在先导阀16未***作至A侧的情况，即，促动器14未进行缩小动作时向可变容量马达23输出不必要的控制指令的阈值。此时，设置在动力再生油路22的切换阀24通过弹簧力而位于切断油路的位置，在动力再生油路22不产生流量。

若将先导阀16向A侧操作，先导压Pp升压成为δ≤Pp，则在控制器25中进行可变容量马达23的目标容量运算。首先，如记录于控制器25内的相对于先导压的图5（a）所示的流量控制阀19的滑阀的图5（b）的开口面积线型图所示，得到与现在的先导压Pp对应的流量控制阀19的滑阀的开口面积As。并且，根据促动器14的排出压力Pa和滑阀开口面积As，利用图5（ｃ）的式1推定流量控制油路21的流量Q1。而且，对于推定出的Q1乘以预先设定的固定比率α，决定动力再生油路23的目标流量Qt2。可变容量马达23的目标容量q（马达每1次旋转的排出/吸入流量）根据动力再生油路22的目标流量Qt2和可变容量马达23的单位时间的转速，利用图5（ｃ）所示的式2计算。控制器25对电子控制调节器26输出与这样决定的可变容量马达23的目标容量q对应的指令。处于先导压为δ≤Pp的状态时，始终进行该可变容量马达23的容量控制。

先导阀16***作到B侧的情况下，先导压Pp成为Pp＜δ，所以可变容量马达23始终被控制为最小容量。而且，切换阀24也始终位于切断油路的位置。因此，在动力再生油路22不产生流量，从液压泵12排出的液压油全量流入促动器14的B口，从促动器14的A口排出的工作油全量通过流量控制阀19而返回工作油箱18。

如以上构成的第2实施方式中，根据杆操作量（先导压Pp）对可变容量马达23进行前馈控制（预测控制），所以不易产生可变容量马达23的控制延迟，对于杆操作的响应性良好。

接下来，基于图6、7对本发明的第3实施方式进行说明。其中，省略与第1实施方式共用的部分，只对有差异的再生比率控制单元的一部分进行说明。

该第3实施方式的再生比率控制单元由设置于图6所示的流量控制油路21和动力再生油路22的压力计30以及压力计40、设置于进行使促动器14收缩的动作时（先导阀16***作到A侧时）压力上升的先导线路35的压力计31、控制器25以及电子控制调节器26构成。压力计30、压力计40以及压力计31分别将流量控制油路21、动力再生油路22以及先导线路35的压力作为电信号检测出来，压力计30、压力计31以及压力计40的输出给予控制器25，分别被换算为流量控制油路压力P1、动力再生油路压力P2、先导压Pp。

控制器25在先导压Pp为Pp＜δ的情况下，向可变容量马达23输出使容量最小的指令。δ被设定为先导压Pp的全量程的百分之几左右，是不会因先导压Pp自身的微小的变动或者压力计的电噪声，而在先导阀16未***作至A侧的情况，即，促动器14未进行缩小动作时，而向可变容量马达23输出不必要的控制指令的阈值。此时，设置在动力再生油路22的切换阀24通过弹簧力而位于切断油路的位置，在动力再生油路22不产生流量。而且，如图7所示压力计30、40的检测部41、42连通，所以此时的压力计30的检测部41的压力P1和压力计40的检测部42的压力P2几乎相等P1＝P2（高度方向之差所引起的压力差微小而能够忽略）。

若先导阀16***作至A侧而先导压Pp升压成为δ≤Pp，则控制器25中进行可变容量马达23的目标容量运算。控制器25向电子控制调节器26输出指令，以使基本上P2几乎与P1相等。具体而言，在P2＜P1－ε的情况下，使可变容量马达23的容量向进一步变小的方向变化，在P1－ε≤P2≤P1＋ε的情况下，保持现在的容量，在P1＋ε＜P2的情况下，使可变容量马达23的容量向进一步变大的方向变化。此外，ε是为了使控制稳定的死区，为P2最大压力的百分之几左右，这是设想相对于设置的流量计的测定误差而能够充分防止误动作的范围而决定的。

这里，说明以P1和P2几乎相等的方式进行控制，以及流量控制油路21和动力再生油路22的流量关系。若在油路中产生流量，则因管路阻力而下游侧的压力下降。将流量控制油路21与动力再生油路22的分支部43和压力计30的检测部41之间的管路阻力设想为等价节流阀44，将分支部43和压力计40的检测部42之间的管路阻力设想为等价节流阀45，将各个的等价开口面积（小孔剖面积）设为A01、A02。另外，将分支部43的压力设为Pa，将流量控制油路21的流量、动力再生油路22的流量分别为设为Q1，Q2。此外，等价节流阀44、45没有必要以在液压回路上赋予压力损失为目的而特意设置，其为了说明该第3实施方式的功能，而将软管或者接头等压力损失等在液压回路上明确指出。若代入到小孔节流阀的压力损失的一般的式，则如下。

$Q1=C\·A01\sqrt{\mathrm{}}\{2(\mathrm{Pa}-P1)/\mathrm{\ρ}\}$

$Q2=C\·A02\sqrt{\mathrm{}}\{2(\mathrm{Pa}-P2)/\mathrm{\ρ}\}$

C：流量系数，ρ：工作密度

Q1，Q2的关系为如下。

$Q2=Q1\·(A02/A01)\·\sqrt{\mathrm{}}\{(\mathrm{Pa}-P2)/(\mathrm{Pa}-p1)\}$

这里，P1和P2为相同的压力的情况下，

$\sqrt{\mathrm{}}\{(\mathrm{Pa}-P2)/(\mathrm{PA}-P1)\}=1$

所以成为

Q2＝Q1·（A02／A01）

可知Q1、Q2的流量比由等价节流阀44、等价节流阀45的等价开口面积比决定。这里，等价节流阀44、等价节流阀45为管路阻力，这些的等价开口面积为固定的数值，所以Q1、Q2的流量比被控制为固定比率。

第3实施方式的构成和动作的概要如上述，对使促动器14收缩时（进行再生时）的一系列的动作中的过渡状态进行补充说明。

首先，在杆15没有***作的状态下，从先导阀16作用于流量控制阀19、动力再生油路22的切换阀24的先导压为箱压（几乎为零）。该状态下，流量控制阀21因位于滑阀两端的弹簧力而位于中央位置，切换阀24因弹簧力位于关闭油路的位置，所以流量控制油路21以及动力再生油路22的流量为零。此时，控制器25中作出Pp＜δ的判定，对电子控制调节器26输出使可变容量马达23的目标容量为最小容量的指令，可变容量马达23的容量为零。

接下来，若从杆15未***作的状态将先导阀16向A侧操作，则操作之后，流量控制阀19的滑阀开始向左移动，连接液压泵12和促动器14的A口的油路和连接工作油箱18和促动器14的B口的油路开始打开。另外，在动力再生油路22的切换阀24也作用先导压而按压弹簧，油路开始打开，并且在流量控制油路21开始慢慢地产生流量。若产生流量则产生压力损失，所以越往下游压力越低，相对于分支部43的压力Pa，流量控制油路21的压力P1变小。另一方面，在动力再生油路22还未产生流量，所以不产生压力损失，Pa＝P2。这里，在处于P2≤P1＋ε的范围的状态下，可变容量马达23还处于容量为零的控制状态，在动力再生油路22不产生流量。并且，若时间经过而成为P1＋ε＜P2，则控制器25内的可变容量马达23的目标容量的值开始增加。然后，若进一步经过时间，则从控制器25向电子控制调节器26输出的目标容量指令值也适度变大，在动力再生油路22产生与可变容量马达23的容量对应的流量。若在动力再生油路22产生流量，则因压力损失而P2比Pa小。若持续该状态，早晚成为P1－ε≤P2≤P1＋ε的状态，保持该时刻的可变容量马达23的容量。这样，P2被控制为与P1几乎相等，如上述，调整为相对于流量控制油路21的流量Q1，动力再生油路22的流量Ｑ2为固定比率。

接下来，对先导阀16***作到A侧，从动力再生油路22的流量Q2相对于Q1被调整为固定比率的状态，将杆16送回的情况进行说明。若开始送回杆16，则流量控制阀19的滑阀开始向右移动，连接液压泵12和促动器14的A口的油路和连接工作油箱18和促动器14的B口的油路开始关闭。此时，流量控制油路21的流量Q1开始慢慢减少。若流量Q1减少则等价节流阀44的压力损失变小，所以压力P1变大。而且，若经过时间成为P2＜P1－ε的状态，则控制器25内的可变容量马达23的目标容量的值开始减少，随此可变容量马达23的容量也变小，动力再生油路22的流量Q2减少。若流量Q2减少则等价节流阀45的压力损失变小，所以压力P2变大。这样进行P2追随P1的控制，Q1和Q2被重新调整为固定比率。然而，缓慢地进行使杆15返回的操作的情况下，流量Q2相对于Q1保持固定比率地减少，在快速送回杆15的情况下，发生动力再生油路22的流量减少的再调整赶不上流量控制油路21的流量减少的状况。若在这样的状况下杆15返回中立（无操作）状态，则动力再生油路22的切换阀24也向关闭油路的位置移动，动力再生油路22的工作油的流动被强制性地切断。在该瞬间，可变容量马达23具有不是零的某一容量，所以从补充油路29吸入工作油，从而防止吸入口的供给流量不足而导致的气穴，抑制因可变容量马达23的泵作用导致的吸收扭矩（动力损失）的增大，将可变容量马达23的损坏抑制为最小限度。另外，杆15返回到中立位置，从而先导压Pp成为零，所以在控制器25中作出Pp＜δ的判定，对电子控制调节器26输出使可变容量马达23的目标容量为最小容量的指令，最终可变容量马达23的容量返回零。这样，在进行快速的杆送回操作的情况下，不管可变容量马达23的容量状态如何，能够使促动器14紧急停止，所以能够防止紧急时促动器14的停止延迟所带来的危险。

接下来，参照图8，对本发明的第4实施方式进行说明。其中，省略与第1实施方式共用的部分，只对有差异的再生比率控制单元的一部分进行说明。

该第4实施方式的再生比率控制单元由控制图8所示的可变容量马达23的容量的马达容量控制缸50、控制向马达容量控制缸50的液压油的供给的马达容量控制滑阀51、从流量控制油路21分支并被引导至马达容量控制滑阀51的第1压力检测油路52、从动力再生油路22分支并被引导至马达容量控制滑阀51的第2压力检测油路53、设置于第1压力检测油路52的切换阀54、设置于连接马达容量控制滑阀51和马达容量控制缸50的油路的切换阀55构成。

马达容量控制缸50是两口的单动缸，若在一方的口（先导口）作用先导压则向使马达容量变小的方向作用行程。另外，未作用先导压时，成为通过内置弹簧返回零容量的构造，另一方的口（箱口）始终与工作油箱18连接。此外，可变容量马达23在其结构上，具有若在入口产生流量，则自动地要向降低其压力的方向，即增大容量的方向变化的特性，所以马达容量控制缸50构成为抗拒马达的容量自动调整作用，向使容量变小的方向产生推力。另外，杆15未***作时（中立时），切换阀55位于将先导口与工作油箱18连通的位置，所以可变容量马达23的容量变为零。

马达容量控制缸50的先导口与马达容量控制滑阀51连接，马达容量控制滑阀51与先导泵13连接。另外，在马达容量控制滑阀51的两端连接第1压力检测油路52、第2压力检测油路53，滑阀根据两压力检测油路52、53的压力差进行移动。在第1压力检测油路52的压力P1高时，滑阀向右侧移动，马达容量控制缸50的先导口与先导泵13连接，马达容量减少。在第2压力检测油路53的压力P2高时，滑阀向左侧移动，马达容量控制缸50的先导口与工作油箱18连接，马达容量控制缸50的推力消失，通过马达的容量自动调整作用而马达容量增加。此外，在本实施方式中，以P1和P2为等压时马达容量控制滑阀51位于中央位置的方式在马达容量控制滑阀51的两端安装弹簧。另外，杆15未***作时（中立时），切换阀54位于连接第1压力检测油路52和第2压力检测油路53的位置，P1和P2成为等压，所以马达容量控制滑阀51位于中央位置。

操作杆15，进行缩小促动器14的动作时，流量控制阀19的滑阀向左侧移动，并且切换阀55切换为闭位置，切换阀24切换为开位置，切换阀54切换为使第1压力检测油路52和滑阀油路连通的位置。则，从促动器14排出的工作油通过流量控制油路21而从流量控制阀19的滑阀返回到工作油箱18，在等价节流阀44产生压力损失。杆操作开始之后，工作油欲流入动力再生油路22，但可变容量马达23位于零容量位置而不产生流量，所以在等价节流阀45不产生压力损失。因此，马达容量控制滑阀51向左侧移动，马达容量控制缸50的先导口与工作油箱18连通。同时，因在动力再生油路22产生的压力，而可变容量马达23的容量开始自动地变大，在动力再生油路22产生流量。若在动力再生油路22产生流量，则在等价节流阀45中产生压力损失，在第2压力检测油路53检测出的压力P2开始下降。而且，若动力再生油路22的流量增加，P2相对于第1压力检测油路52的压力P1成为规定的压力以下，则马达容量控制滑阀51向右侧移动，在马达容量控制缸50的先导口作用先导压，使马达容量减小。这样，可变容量马达23的容量自动地被调整，以使P2与P1成为等压。此外，如在第3实施方式中所说明，以P2与P1成为等压的方式进行的控制与将Q1、Q2的流量比控制为固定比率的控制相同。

接下来，基于图9，对本发明的第5实施方式进行说明。该第5实施方式在第3实施方式的构成的基础上，设置检测工作油排出油路20与动力再生油路22的分支部46的压力的压力计70。通过这样构成，能够将流量控制油路21和动力再生油路22的流量比与等价节流阀44、等价节流阀45无关地设定为任意的比率。以下，对用于设定为任意的流量比率的方法进行说明。

若设定流量比为α，则相对于流量控制油路21的流量Q1的动力再生油路22的目标流量Q2如下。

Q2＝α·Q1

另外，与各压力的关系如下。

$Q2=Q1\·(A02/A01)\·\sqrt{\mathrm{}}\{(\mathrm{Pa}-P2)/(\mathrm{Pa}-p1)\}$

$\mathrm{\α}=(A02/A01)\·\sqrt{\mathrm{}}\{(\mathrm{Pa}-P2)/(\mathrm{Pa}-p1)\}$

若使式子变形，则

P2＝Pa－（α²·A01²／A02²）·（Pa－P1）·····（式3）

即，为了进行流量比成为α的控制，将压力P2的控制目标值Pt2如式3进行设定即可，控制器25向电子控制调节器26输出指令，以使基本上P2与Pt2几乎相等。具体而言，在P2＜Pt2－ε的情况下，使可变容量马达23的容量向进一步变小的方向变化，在Pt2－ε≤P2≤Pt2＋ε的情况下，维持现在的容量，在Pt2＋ε＜P2的情况下，使可变容量马达23的容量向进一步变大的方向变化。此外，ε是用于使控制稳定的死区，P2为最大压力的百分之几左右，这是设想对于使用的压力计的测定误差而能够充分防止误动作的范围而决定的。

接下来，基于图10，对本发明的第6实施方式进行说明。本实施方式在第4实施方式的构成的基础上，设置检测工作油排出油路20与动力再生油路22的分支部46的压力的第3压力检测油路80，并与马达容量控制滑阀51的两端连接。在马达容量控制滑阀51的两端设置有两对的受压部，各个的受压面积为AP1、AP2。图中，第3压力检测油路80与马达容量控制滑阀51的左侧的具有受压面积AP1的受压部及马达容量控制滑阀51的右侧的具有受压面积AP2的受压部连接，第1压力检测油路52与马达容量控制滑阀51的左侧的具有受压面积AP2的受压部连接，第2压力检测油路53与马达容量控制滑阀51的右侧的具有受压面积AP1的受压部连接。

在该第6实施方式的马达容量控制滑阀51中，以Pa、P1、P2全部为零时马达容量控制滑阀51处于中央位置的方式在滑阀两端安装弹簧，若将其弹簧常量设为k（滑阀两端的弹簧合计值），则滑阀行程S如以下式表示。

S＝｛AP1（Pa－P1）－AP2（Pa－P2）｝／k

因此，使滑阀行程为零（中央位置）的条件是

AP1（Pa－P1）－AP2（Pa－P2）＝0，

若将该式子变形，则为

（Pa－P2）／（Pa－P1）＝AP1／AP2。

另外，Q1和Q2的关系如下。

$Q2=Q1\·(A02/A01)\·\sqrt{\mathrm{}}\{(\mathrm{Pa}-P2)/(\mathrm{Pa}-p1)\}$

所以，

$Q2=Q1\·(A02/A01)\·\sqrt{\mathrm{}}(\mathrm{Pa}/P2).$

这样，Q1和Q2的流量比由等价节流阀44、45的等价开口面积比和马达容量控制滑阀51的两端的受压面积比来决定。换句话说，意味着Q1和Q2的流量比不仅由等价节流阀44，45的等价开口面积比，还由马达容量控制滑阀51的两端的受压面积比来任意地设定。

此外，上述的各实施方式中，将可变容量马达23经由液压泵12与旋转动力生成单元11机械连接，但本发明不限于这样的构成，例如，也可以采用将可变容量马达23连接到与旋转动力生成单元11单独设置的发电机等的构成。

符号说明

1—行驶体，2—旋转体，3—作业装置，4—起重臂，4a—起重臂缸，11—旋转动力生成单元，12—液压泵，13—先导泵，14—促动器，15—杆，16—先导阀，17—先导安全阀，18—工作油箱，19—流量控制阀，20—工作油排出油路，21—流量控制油路，22—动力再生油路，23—可变容量马达（动力再生单元），24—切换阀，25—控制器，26—电子控制调节器，27—流量计，28—流量计，29—补充油路，30—压力计，31—压力计，35—先导线路，40—压力计，41—检测部，43—分支部，44—等价节流阀，45—等价节流阀，46—分支部，50—马达容量控制缸，51—马达容量控制滑阀，52—第1压力检测油路，53—第2压力检测油路，54—切换阀，55—切换阀，70—压力计，80—第3压力检测油路。

Claims (7)

1.一种液压作业机械的液压***，是从旋转动力生成单元向液压泵投入旋转动力而生成液压动力，通过该液压动力而使促动器动作的液压作业机械的液压***，其特征在于，

将来自上述促动器的工作油排出油路分支为作为与由杆操作控制的流量控制滑阀连接的油路的流量控制油路、和作为与将排出工作油的液压动力转换为能够再利用的能量的动力再生单元连接的油路的动力再生油路，并且设置再生比率控制单元，该再生比率控制单元以上述动力再生油路的流量相对于通过杆操作而在上述流量控制油路产生的流量成为预先设定的固定比率的方式控制上述动力再生单元。

2.根据权利要求1所述的液压作业机械的液压***，其特征在于，

上述动力再生单元为可变容量马达，

上述再生比率控制单元具备控制器和马达容量控制单元，上述控制器根据通过上述操作杆而生成的操作先导压、来自上述促动器的上述工作油排出油路的压力以及上述可变容量马达的旋转速度，计算上述流量控制油路和上述动力再生油路的流量成为固定比率的上述可变容量马达的目标容量，上述马达容量控制单元根据来自该控制器的电指令来控制上述可变容量马达的容量。

3.根据权利要求1所述的液压作业机械的液压***，其特征在于，

上述动力再生单元为可变容量马达，

上述再生比率控制单元具备设置于上述流量控制油路的第1压力检测单元、设置于上述动力再生油路的第2压力检测单元、以及马达容量控制单元，上述马达容量控制单元在上述第1压力检测单元的压力比上述第2压力检测单元的压力大的情况下减小上述可变容量马达的容量，在上述第1压力检测单元的压力比上述第2压力检测单元的压力小的情况下增大上述可变容量马达的容量，并且在上述第1压力检测单元和上述第2压力检测单元的压力相同的情况下固定上述可变容量马达的容量。

4.根据权利要求3所述的液压作业机械的液压***，其特征在于，

上述第1压力检测单元由从上述流量控制油路分支的第1压力检测油路构成，上述第2压力检测单元由从上述动力再生油路分支的第2压力检测油路构成，马达容量控制单元具备马达容量控制滑阀和马达容量控制缸，在设置于上述马达容量控制滑阀两端的具有相同的面积的受压部，使上述第1压力检测油路和上述第2压力检测油路对置连接，从而根据上述第1压力检测油路和上述第2压力检测油路的压力关系而上述马达容量控制滑阀进行移动，并且，通过上述马达容量控制滑阀移动，来切换对上述马达容量控制缸的液压油的供给排出，控制上述可变容量马达的容量。

5.根据权利要求1所述的液压作业机械的液压***，其特征在于，

上述动力再生单元为可变容量马达，

上述再生比率控制单元具备设置于上述流量控制油路的第1压力检测单元、设置于上述动力再生油路的第2压力检测单元、设置于上述工作油排出油路的第3压力检测单元、以及马达容量控制单元，

该马达容量控制单元在将从上述第3压力检测单元的压力减去上述第2压力检测单元的压力而得到的差压除以从上述第3压力检测单元的压力减去上述第1压力检测单元的压力而得到的差压的值比预先设定的固定比率大的情况下减小上述可变容量马达的容量，在将从上述第3压力检测单元的压力减去上述第2压力检测单元的压力而得到的差压除以从上述第3压力检测单元的压力减去上述第1压力检测单元的压力而得到的差压的值比预先设定的上述固定比率小的情况下增大上述可变容量马达的容量，并且在将从上述第3压力检测单元的压力减去上述第2压力检测单元的压力而得到的差压除以从上述第3压力检测单元的压力减去上述第1压力检测单元的压力而得到的差压的值与预先设定的上述固定比率相同的情况下固定上述可变容量马达的容量。

6.根据权利要求1所述的液压作业机械的液压***，其特征在于，

上述第1压力检测单元由从上述流量控制油路分支的第1压力检测油路构成，上述第2压力检测单元由从上述动力再生油路分支的第2压力检测油路构成，上述第3压力检测单元由从上述工作油排出油路分支的第3压力检测油路构成，上述马达容量控制单元具备马达容量控制滑阀和马达容量控制缸，在上述马达容量控制滑阀两端相互对置地设置受压面积A和受压面积B的两组受压部，在对置面积A的受压部连接上述第1压力检测油路和上述第3压力检测油路，在面积B的受压部连接上述第2压力检测油路和上述第3压力检测油路，以与上述第3压力检测油路的上述面积A连接的部分相对于与上述第3压力检测油路的上述面积B连接的部分成为相反的一侧的方式进行连接，从而根据上述第1压力检测油路和上述第3压力检测油路的差压以及上述第2压力检测油路和上述第3压力检测油路的差压的大小关系，上述马达容量控制滑阀进行移动，并且，通过上述马达容量控制滑阀移动，来切换对上述马达容量控制缸的液压油的供给排出，控制上述可变容量马达的容量。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的液压作业机械的液压***，其特征在于，

将上述动力再生单元与上述液压泵机械连接。

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